Tricky Circuit

Invertierender Summierverstärker

Mische zwei Signale mit Widerständen

Ein Summierer addiert Signale. Negative Rückkopplung führt den Ausgang zum subtrahierenden Eingang. Virtuelle Masse bleibt durch Rückkopplung nahe 0 V, ohne Draht zur Masse. Op amp bedeutet Operational Amplifier, Operationsverstärker: eine versorgte Schaltung, die die Differenz zweier Eingänge verstärkt.

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EXPERIMENTIERTISCH

Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.

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So funktioniert es

Ideal, Ausgangsgrenzen ±12 V, zwei Eingänge mit 10 kΩ. Verstärkung setzt den Rückkopplungswiderstand. Ohne Rauschen, Last und Fehler.

V1 und V2 erzeugen Ströme, die sich in Rf addieren. Verstärkungsbetrag g = Rf/10 kΩ; Vout kehrt das Vorzeichen der Summe um.

Schwierigkeit

  1. Aufbauen · Beobachte

    Einschalten bei V1 = 1 V, V2 = 1 V, g = 1. Erhalte −2 V.

    Brauchst du einen Tipp?

    V1=1 V; V2=1 V; g=1 → −2 V

  2. Erforschen · Erkunde

    Setze V1 = 1 V, V2 = 2 V, g = 2. Erhalte −6 V.

    Brauchst du einen Tipp?

    V1=1 V; V2=2 V; g=2 → −6 V

  3. Selbst lösen · Löse

    Behalte V1 = 1 V, V2 = 2 V, setze g = 3. Erhalte −9 V.

    Brauchst du einen Tipp?

    V1=1 V; V2=2 V; g=3 → −9 V

Zusatzwissen und Schaltungsrezepte

Invertierender Summierverstärker

Ein Audiomischer verbindet Kanäle ohne direkte Verbindung ihrer Quellen. Konstante Spannungen zeigen dieselbe Addition.

Vout = −g × (V1 + V2); g = Rf/Rin

Gleiche Eingangswiderstände geben gleiche Gewichte. Rf skaliert beide Beiträge.

Ein nützlicher Zusammenhang

Gleiche Gewichte geben die invertierte Summe, nicht den Mittelwert.

Außerhalb des Modells

Die Versorgung liefert Energie; Addition erzeugt keine kostenlose Leistung.

Eine typische Falle vermeiden

Virtuelle Masse ist kein zusätzlicher Masseanschluss. Sie braucht lineare Rückkopplung.

Beide Eingänge sind 1 V; Verstärkung steigt von 1 auf 2. Ausgang…

  1. −2 V
  2. −4 V
  3. +4 V
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Summe 2 V, Inversion und Verstärkung zwei ergeben −4 V.

Zwei gleiche Stimmen

Eingänge je 1 V, Verstärkung 1.

Ausgang −2 V.

Größere Mischung

Eingänge 1 V und 2 V, Verstärkung 2.

Ausgang −6 V.

Probiere eine weitere Änderung

Bei Verstärkung 1 vergleiche 0 V + 2 V und 1 V + 1 V: beide ergeben −2 V.

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